利用四极质谱计研究浸渍阴极的热蒸发特性(2)

图4：1150℃下阴极B 的部分质荷比离子的质谱图

　　对于阴极A 和阴极B，改变加热电流，分别在不同的阴极温度（1323K～1473K）下，研究其蒸发特性。其中阴极温度利用光学测温计得到。

　　实验中先质谱计扫描1-200 之间质荷比离子的质谱峰， 发现有Ba⁺、Ba²⁺、BaO⁺的离子质谱峰的存在。图3 和图4 分别为1150℃对应的阴极A、B 部分质荷比离子的质谱图，从图中可以明显的看到Ba²⁺（69）、Ba⁺（138）、BaO⁺（154）的离子质谱峰的存在。

　　阴极活性物质离子的蒸发速率dM/dT和温度T 满足的关系式为:

（1）

　　其中Ai、Bi 是常数，Ai 与阴极类型和活性物质的覆盖度有关，Bi 与活性物质的蒸发能有关。

　　活性物质的蒸发速率dM/dT与其离子电流大小I 成正比。因此有

（2）

　　图5和图6为各种钡的蒸发物离子电流随温度的变化规律，符合公式（2）。

图5：阴极A 的各种Ba 离子电流随阴极温度的变化图

图6：阴极B 的各种Ba 离子电流随阴极温度的变化图

　　对公式（2）两边微分整理得：

（3）

　　可见Xi 参数越大，温度变化对阴极蒸发速率的影响大。

　　对图3和图4进行线性分析得：

表1：阴极蒸发物Ba⁺、Ba²⁺、BaO⁺离子电流与温度关系的参数

　　从表1中得出，阴极A的对应参数Xi均大于阴极B的，即温度对于阴极A的蒸发速率影响大于阴极B的。

　　对比图3和图4发现，发现阴极A质荷比为64的谱峰较为突出，而阴极B质荷比为64的谱峰相对于本底可忽略不计。故对该谱峰进行分析：

　　图7为阴极A的质荷比为64的谱峰的离子电流随阴极温度的变化规律。

图7：阴极A 质荷比为64 的谱峰的离子电流随阴极温度的变化图

　　根据分析，质荷比为64 的谱峰的产生一方面会来自系统本身，另一方面来自阴极。阴极A 和阴极B实验条件相同，阴极A 的谱峰图中质荷比为64 的谱峰的离子电流很明显，并且随着温度升高而增大，而在阴极B 的谱峰图中没有该谱峰，这说明系统中没有该物质的释放，而是来自阴极本身。由此说明阴极A 产生了质荷比为64 的物质，初步判定此物质为SO₂⁺，这很可能是基底钨中含有少量硫的缘故，还需要进一步实验判定。对比两者之间质谱图，除了Ba⁺、Ba²⁺、BaO⁺和质荷比64 的谱峰以外，还包含其它的谱峰，有待于实验分析。阴极A和阴极B的蒸发特性的不同与他们各自的制作工艺有关。

4、结论

　　本论文分析了几种常用的阴极测试方法，采用了四极质谱计测试了两种不同的浸渍型阴极热蒸发特性，分析对比了两者蒸发性能的不同。实验显示了四极质谱计在测量热阴极蒸发的快速准确的作用。